Search

Методами математического моделирования получены характеристики неравновесного теплообмена меди, такие как теплопроводность и теплоемкость в широком температурном диапазоне ($300 \leqslant T \leqslant 5700$ K), включающем область фазовых трансформаций плавление-кристаллизация. Как известно, в твердом теле существуют два механизма переноса тепла: упругими колебаниями решетки и свободными электронами. При определении этих характеристик теплообмена меди учитывались решеточные и электронные составляющие. Моделирование характеристик теплообмена электронной подсистемы меди в данной работе основано на использовании квантовой статистики электронного газа с использованием интегралов Ферми-Дирака. Свойства фононной подсистемы определялись в рамках атомистического подхода. Для моделирования использовался потенциал взаимодействия частиц семейства “погруженного атома” EAM. Результаты моделирования сравнивались с результатами альтернативных вычислений. Полные теплоемкость и теплопроводность меди, полученные суммированием электронной и фононной составляющих, сравниваются с данными эксперимента.

Работа посвящена исследованию (на примере золота) свойств металлов в окрестности критической точки. Многолетние исследования свидетельствуют о сложности проблемы и еe важности как для построения теоретических представлений о поведении метастабильных состояний сильно перегретой жидкой фазы металлов, так и для разработки ряда технологических приложений в области материаловедения, воздействия концентрированных потоков энергии на вещество и др. Метастабильные состояния перегретой жидкости и насыщенного пара в окрестности критической точки изучены недостаточно полно. При приближении к критической точке свойства веществ резко изменяются из-за сильной стохастической флуктуации параметров (в первую очередь плотности). Актуальным инструментом определения критических параметров являются методы молекулярной динамики. Для золота с их помощью была получена кривая сосуществования жидкость--пар, которая затем использовалась для определения критических параметров: температуры, плотности и давления. В расчeтах в качестве потенциала взаимодействия частиц использовался потенциал семейства “погруженного атома” (EAM). Значение критической температуры $T_{cr}$ определялось по результатам МД моделирования с использованием метода максимального размера усреднeнного кластера на температурной кривой, проходящей через критическую область. Значение критического давления $P_{cr}$ получено по результатам МД моделирования из температурной зависимости давления насыщенного пара $P_{sat}(T)$. Значение критической плотности $\rho_{cr}$ получено по результатам МД моделирования кривой сосуществования жидкость-пар с использованием эмпирического правила прямолинейного диаметра. Проведено сравнение результатов моделирования данной работы с результатами оценки критических параметров золота другими авторами, использующими различные подходы.

By constructing the thermal hysteresis of the enthalpy and density of the noble metals of gold (Au) and copper (Cu), non-equilibrium processes are investigated during the melting – crystallization phase transformations, i.e. during the solid–liquid transition. Thermal hysteresis is obtained from the atomistic modeling. The limiting temperatures of superheating of the solid phase during melting and undercooling of the liquid phase during crystallization of gold and copper are obtained. The possibility of the formation of highly superheated-undercooled metastable states of solid and liquid phases with rapid heating-cooling of the studied metals has been confirmed. The results obtained are compared with the results of alternative calculations.

The article presents the results of atomistic modeling of the equilibrium thermophysical properties of gold in a wide temperature range (T~ 0.3–3.50 kK), covering the regions of first-order phase transitions of melting and evaporation. The temperature dependences of the density, linear size of the sample, coefficient of linear expansion, enthalpy, and heat capacity are determined. The obtained dependences of the properties of gold are approximated by polynomials of low degrees. There is an acceptable agreement between the obtained characteristics of gold and the experimental data. Numerical and graphic information on the obtained properties and results of comparison with experimental data is presented.

Рассматривается молекулярно-динамическое (МД) моделирование теплофизических свойств чистого металлического золота (Au) и гистерезиса с целью исследования его поведения при фазовых превращениях плавление--кристаллизация, т.е. при переходе твердое тело - жидкость. Представлены результаты вычислительных экспериментов, в которых получены температурные зависимости ряда теплофизических характеристик металла. Подтверждена возможность образования сильно перегретых метастабильных состояний твердой фазы при быстром нагреве Au.

Molecular dynamics (MD) modeling of the thermal hysteresis of pure metallic gold (Au) is considered in order to study nonequilibrium processes during melting - crystallization phase transformations, i.e. in the transition from solid to liquid. The results of alternative calculations are presented, in which the thermal hysteresis is obtained. The limiting temperatures of overheating of the solid phase during melting and supercooling of the liquid phase during the crystallization of gold have been obtained. The possibility of the formation of highly superheated metastable states of the solid phase upon rapid heating of Au has been confirmed.

The liquid-vapor coexistence curve for gold was obtained by molecular dynamics (MD) modeling and the critical parameters were determined: temperature, density and pressure. The interaction potential of particles of the “embedded atom” family EAM is used. The critical temperature Tcr was determined from the results of MD simulation using the method of the average cluster size in the critical region. To clarify the value of the critical density, the empirical rule of the rectilinear diameter was used. The comparison of the simulation results of this work with the results of the assessment of the critical parameters of gold by other authors using different approaches.